Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Phóng viên “số”

Phóng viên “số”

Kỷ nguyên số đã định nghĩa lại khái niệm “tác nghiệp”. Không còn giới hạn bởi sổ tay hay máy ảnh, người làm báo hiện đại đang trở thành những phóng viên “số” thực thụ. 

Báo chí trước bài toán AI: Thách thức sinh tồn hay cơ hội tái định hình ngành truyền thông?

Báo chí trước bài toán AI: Thách thức sinh tồn hay cơ hội tái định hình ngành truyền thông?

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra cuộc chuyển đổi sâu rộng trên toàn cầu, và ngành báo chí không nằm ngoài làn sóng đó. Từ việc hỗ trợ sản xuất nội dung, phân tích dữ liệu, tổng hợp thông tin cho đến cá nhân hóa trải nghiệm độc giả, AI đang từng bước tham gia vào hầu hết các khâu của quy trình làm báo.

Lào Cai triển khai 04 thủ tục hành chính của Đảng trên môi trường điện tử

Lào Cai triển khai 04 thủ tục hành chính của Đảng trên môi trường điện tử

Ngày 18/6, Ban Thường vụ Tỉnh ủy Lào Cai ban hành Kế hoạch số 93-KH/TU triển khai 04 thủ tục hành chính của Đảng trên môi trường điện tử, nhằm chuẩn hóa, số hóa quy trình xử lý, nâng cao tính công khai, minh bạch, rút ngắn thời gian giải quyết thủ tục, tạo thuận lợi cho tổ chức đảng và đảng viên.

“Mùa hè số cùng VNeID”

“Mùa hè số cùng VNeID”

Với sự tham gia của lực lượng công an, đoàn viên, thanh niên và các tổ công nghệ số cộng đồng, Chiến dịch “Mùa hè số cùng VNeID” do Cục Cảnh sát Quản lý hành chính về Trật tự xã hội phát động đang được nhiều địa phương trên địa bàn tỉnh Lào Cai hưởng ứng và triển khai sâu rộng. Qua đó, góp phần giúp người dân khai thác hiệu quả các tiện ích số.

Người dân biên giới Y Tý hào hứng học kỹ năng số và pháp luật qua sân khấu hóa

Người dân biên giới Y Tý hào hứng học kỹ năng số và pháp luật qua sân khấu hóa

Trong hai ngày (16 - 17/6), Ban Chỉ huy Bộ đội Biên phòng tỉnh Lào Cai phối hợp với các sở: Khoa học và Công nghệ, Tư pháp, Văn hóa, Thể thao và Du lịch tổ chức chương trình tuyên truyền tập trung tại xã Y Tý. Chương trình thu hút hơn 1.000 cán bộ, công chức và đồng bào các dân tộc thiểu số trên địa bàn tham gia, góp phần đưa kiến thức pháp luật và công nghệ số đến gần hơn với người dân khu vực biên giới.

Lào Cai: Khi pháp luật đến với người dân qua không gian số

Lào Cai: Khi pháp luật đến với người dân qua không gian số

Chuyển đổi số đang tạo ra những thay đổi trong công tác phổ biến, giáo dục pháp luật. Tại Lào Cai, việc đưa pháp luật lên không gian số không chỉ là giải pháp đổi mới phương thức tuyên truyền mà còn giúp chính sách đến gần hơn với Nhân dân, nhất là ở vùng sâu, vùng xa, vùng đồng bào dân tộc thiểu số.

“Thôn số” và kỳ vọng đổi thay nơi vùng biên Bát Xát

“Thôn số” và kỳ vọng đổi thay nơi vùng biên Bát Xát

Ngày 08/6 trở thành dấu mốc đặc biệt đối với cán bộ, đảng viên và Nhân dân thôn 4, xã Bát Xát khi chính thức được công nhận là thôn số đạt mức cơ bản đầu tiên của tỉnh Lào Cai. Đây là thành tựu có ý nghĩa quan trọng, đánh dấu bước chuyển từ chủ trương sang hành động cụ thể, đưa chuyển đổi số đi vào đời sống, mở ra kỳ vọng về một không gian số phát triển ngay từ cơ sở.

Người dân chủ động tra cứu và thực hiện nghĩa vụ thuế trên nền tảng số

Người dân chủ động tra cứu và thực hiện nghĩa vụ thuế trên nền tảng số

Trong lộ trình chuyển đổi số quốc gia, ngành thuế đang đẩy mạnh ứng dụng công nghệ nhằm nâng cao chất lượng phục vụ người dân và doanh nghiệp. Một trong những giải pháp nổi bật là ứng dụng eTax Mobile, cho phép người nộp thuế dễ dàng tra cứu thông tin, thực hiện nghĩa vụ thuế và quản lý hồ sơ thuế ngay trên điện thoại thông minh.

Giúp người cao tuổi bắt nhịp chuyển đổi số

Giúp người cao tuổi bắt nhịp chuyển đổi số

Những năm gần đây, cùng với quá trình chuyển đổi số diễn ra mạnh mẽ, nhiều hoạt động trong đời sống như thanh toán, thực hiện thủ tục hành chính, tiếp cận thông tin hay liên lạc hằng ngày đã dần được đưa lên môi trường số. Tuy nhiên, bên cạnh sự thuận tiện, quá trình này cũng tạo ra khoảng cách nhất định giữa các thế hệ, đặc biệt với người cao tuổi - nhóm đối tượng gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận công nghệ.

Lào Cai phát động phong trào xây dựng “Thôn số” và khai trương Hệ thống theo dõi, giám sát nhiệm vụ của Tỉnh ủy

Lào Cai phát động phong trào xây dựng “Thôn số” và khai trương Hệ thống theo dõi, giám sát nhiệm vụ của Tỉnh ủy

Chiều 11/6, Tỉnh ủy Lào Cai tổ chức phát động phong trào xây dựng “Thôn số” trên địa bàn tỉnh và khai trương Hệ thống theo dõi, giám sát việc thực hiện nhiệm vụ của Tỉnh ủy. Đây là hoạt động nhằm cụ thể hóa Nghị quyết số 57 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia.

Phó Bí thư Thường trực Tỉnh ủy, Chủ tịch HĐND tỉnh Hoàng Giang dự lễ ra mắt “Thôn số” tại Yên Bình

Phó Bí thư Thường trực Tỉnh ủy, Chủ tịch HĐND tỉnh Hoàng Giang dự lễ ra mắt “Thôn số” tại Yên Bình

Chiều 09/6, xã Yên Bình tổ chức chương trình ra mắt mô hình điểm “Thôn số” tại thôn 6. Đây là mô hình “Thôn số” đầu tiên của địa phương, đánh dấu bước tiến quan trọng trong thực hiện Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số.

Từ đối tượng bảo tồn đến chủ thể sáng tạo số

Từ đối tượng bảo tồn đến chủ thể sáng tạo số

Ngày nay, cùng với quá trình chuyển đổi số đang lan tỏa mạnh mẽ đến từng thôn bản, người dân không chỉ là đối tượng thụ hưởng mà trở thành chủ thể tham gia sáng tạo nội dung, chủ động giới thiệu và lan tỏa những câu chuyện về cuộc sống, văn hóa và bản sắc của chính quê hương mình.

Rút ngắn khoảng cách "số" ở vùng cao

Rút ngắn khoảng cách "số" ở vùng cao

Lào Cai xác định muốn thu hẹp khoảng cách số phải giải quyết từ gốc rễ các “điểm nghẽn” ngay tại cơ sở. Thông qua các mô hình “Thôn số”, “Người bản số”, tỉnh tập trung thay đổi nhận thức, nâng cao kỹ năng số cho người dân, đầu tư hạ tầng viễn thông và phát huy vai trò của cán bộ, tổ công nghệ số cộng đồng, từng bước đưa chuyển đổi số đi vào thực chất từ thôn, bản.

Bài cuối: Cả hệ thống chính trị vào cuộc

Rút ngắn khoảng cách "số" ở vùng cao Bài cuối: Cả hệ thống chính trị vào cuộc

Tại Lào Cai, tinh thần triển khai Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị (Nghị quyết 57) về phát triển khoa học - công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số (CĐS) quốc gia đã lan tỏa mạnh mẽ tới từng địa phương, cơ sở, từng bước tháo gỡ các rào cản, “điểm nghẽn” số. Cả hệ thống chính trị đang cùng vào cuộc với quyết tâm đưa CĐS trở thành động lực thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội trong giai đoạn mới.

fb yt zl tw